Kaj je predpomnilnik L0?

CPE so neverjetno zapletene zveri. Obstaja veliko medsebojno povezanih delov, ki morajo vsi delovati v popolnem sozvočju, da dosežejo ravni zmogljivosti, ki jih vidimo. Ena od ključnih lastnosti procesorja je predpomnilnik. To ni bleščeča funkcija. Ne oglašuje se tako dobro kot število jeder ali najvišja frekvenca povečanja. Vendar je ključnega pomena za uspešnost.

Zakaj predpomnilnik?

Sodobni procesorji so neverjetno hitri. Vsako sekundo opravijo več kot pet milijard operacij. Ohranjanje CPE-ja s podatki, ko deluje tako hitro, je težko. RAM ima dovolj zmogljivosti za oskrbo procesorja s podatki. Lahko celo prenese podatke vsako sekundo, zahvaljujoč zelo visokim pasovnim širinam. Vendar to ni problem. Težava je latenca.

RAM se lahko zelo hitro odzove. Težava je v tem, da je "zelo hitro" dolg čas, ko vsako sekundo naredite pet milijard stvari. Tudi najhitrejši RAM ima zakasnitev nad 60 nanosekund. Še enkrat, 60 nanosekund se sliši kot da sploh ni časa. Težava je v tem, da če bi procesor deloval pri 1 GHz, bi za dokončanje cikla potrebovali 1 ns. Z vrhunskimi procesorji, ki dosežejo 5,7 GHz, je to en cikel vsakih 175 pikosekund. Kako je zdaj videti teh 60 nanosekund zakasnitve? To je 342 ciklov zakasnitve.

Takšna zakasnitev bi bila ubijalska za katero koli zmogljivost procesorja. Da bi se temu izognili, se uporablja predpomnilnik. Predpomnilnik je nameščen na samem procesorju. Prav tako je veliko manjši od RAM-a in uporablja drugačno strukturo, SRAM namesto DRAM-a. Zaradi tega se veliko hitreje odziva kot glavni sistemski RAM. Predpomnilnik je običajno stopenjski, pri čemer se L1, L2 in L3 uporabljajo za označevanje ravni, ki se vedno bolj odmikajo od jeder CPU. Nižje ravni so hitrejše, a manjše. L1 ima lahko zakasnitev štiri ali pet taktov, kar je veliko bolje kot 342.

Toda nekateri procesorji omenjajo L0?

Terminologija za L1, L2 in L3 je precej standardna. Nejasno razumevanje tega, kaj pomenijo in počnejo, je razmeroma pogosto, tudi pri prodajalcih procesorjev. To je zato, ker jih ureja materialna in električna fizika; ne more se veliko spremeniti. Lahko imate hiter predpomnilnik ali velik predpomnilnik, ne obojega. Mora biti večji, če delite predpomnilnik med več jedri. V ta namen sta L1 in L2 ponavadi specifična za jedro. Večji predpomnilnik L3 si običajno delijo nekatera ali vsa jedra v CPE ali čipletu.

Kot verjetno ugibate, je L0 povezan s predpomnjenjem, vendar je bil naknadno potisnjen v shemo poimenovanja. Vendar ne pomaga razumeti, kaj to pomeni. Nekatere stvari pa verjetno lahko ugibate. Omejen bo na eno jedro, majhen bo in hiter. Drugo ime, ki ga uporablja, lahko nekoliko pomaga; to je predpomnilnik mikro operacij.

Namesto predpomnjenja podatkov iz pomnilnika ali celotnih navodil L0 predpomni mikrooperacije. Kot smo nedavno opisali , je mikrooperacija značilnost sodobnih procesorjev. Navodila v x86 in drugih ISA-jih so velika, zapletena in zahtevna za učinkovito prileganje v cevovod. Lahko jih razporedite veliko bolj učinkovito, če jih razdelite na sestavne mikrooperacije. V nekaterih primerih lahko celo združite več mikrooperacij, tudi iz različnih navodil, v eno samo mikrooperacijo, s čimer dosežete izboljšanje zmogljivosti in zmanjšanje porabe energije.

Arhitektura procesorja in Micro-Op Cache

Za izvedbo ukaza ga sodobni CPE dekodira. To vključuje razdelitev navodil na njegove sestavne mikrooperacije in določanje pomnilniških lokacij, na katere se je treba sklicevati. Številna programska oprema redno uporablja podobno funkcionalnost in lahko pogosto znova uporabi isto kodo v zanki ali iz klicane funkcije. To pomeni, da lahko natančna navodila kličete znova in znova. To potem pomeni, da se iste mikrooperacije kličejo znova in znova. In če so iste mikrooperacije potrebne večkrat, jih je mogoče predpomniti. Predpomnjenje mikro-operacij lahko zmanjša obremenitev dekoderjev ukazov, zmanjša porabo energije ali pomaga hitreje zapolniti cevovod.

Predpomnilnik mora biti majhen, toda ob skrbnem upravljanju je do njega mogoče dostopati z eno samo zakasnitvijo cikla ali celo brez nje. To je lahko dovolj, da preprečite potrebo po 4-ciklični zakasnitvi predpomnilnika L1 in ne vključuje kazni za zamudo predpomnilnika.

Zaključek

Predpomnilnik L0 je drugo ime za predpomnilnik mikro operacij. Lahko je del sodobnih procesorjev, ki uporabljajo mikrooperacije. Običajno vsebuje nekaj tisoč vnosov in ima zmogljivosti, navedene v številu vnosov in ne v bajtih. Do L0 je mogoče dostopati hitreje kot do L1, običajno z 1- ali 0-ciklično zakasnitvijo. Predpomnjenje mikrooperacij zmanjša obremenitev dekodirnikov ukazov, zlasti v kodi, ki dobro uporablja zanke ali funkcije.